專利名稱：實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電子技術(shù)領(lǐng)域的快速制動技術(shù)，具體地，涉及一種實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路。
背景技術(shù)：
快速制動技術(shù)是工業(yè)應(yīng)用技術(shù)的重要組成部分。隨著某些工業(yè)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，如單相交流電源供電的工業(yè)縫紉機(jī)(500W)、數(shù)控機(jī)床(5.0kff以下)等需要快速定位的電力電子變換器，對于使得電動機(jī)快速準(zhǔn)確停車的快速制動技術(shù)的要求越來越高。因此，散熱快，能耗小，控制策略簡單的快速制動電路符合快速制動技術(shù)的發(fā)展要求，具有良好的應(yīng)用前景?？焖僦苿臃桨赣泻芏喾N，目前比較常用的為能耗制動方案，在變頻器的直流回路設(shè)置功率電阻與功率開關(guān)串聯(lián)，在制動時通過控制功率開關(guān)的占空比，使得功率電阻耗能，轉(zhuǎn)移電動機(jī)制動時回饋的能量，實(shí)施制動。這種制動方式，是耗能方式，制動的快速效果尚有不足。經(jīng)過對現(xiàn)有適合快速制動技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，文章《一種無刷直流電動機(jī)快速制動準(zhǔn)確定位控制方案的設(shè)計(jì)》(《工礦自動化》，2010第9期)中描述的在電動機(jī)剎車制動時，使電動機(jī)電源短接，使電動機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個與慣性旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，使電動機(jī)快速制動。該方法控制復(fù)雜、成本較高，制動能量消耗在電動機(jī)內(nèi)部，不適合頻繁制動的應(yīng)用場合。原有的其它能耗制動方式中，制動時直流回路電壓不能低于電網(wǎng)電壓的峰值，否則制動回路需要釋放電動機(jī)的回饋能量同時，還要釋放來自電源的能量，造成制動深度不夠的情況。為此需要采用新的快速制動技術(shù)，以便于簡化結(jié)構(gòu)、簡化控制、降低成本和提高制動性能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，能夠?qū)崿F(xiàn)快速能耗制動，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，包括儲能裝置，能耗電路與逆變裝置。所述儲能裝置兩端與直流電源正負(fù)極相連的相連，能耗電路輸入端與所述儲能裝置相連，能耗電路輸出端與所述逆變裝置輸入端相連。所述能耗電路為電阻電容能耗電路，包括一個M0SFET、一個電解電容、兩個電阻和一個IGBT，其中，所述MOSFET的漏極與直流電源的輸入正極相連，其源極與所述的第二節(jié)點(diǎn)相連；所述的電解電容與第一電阻并聯(lián)，兩端分別連接第二節(jié)點(diǎn)與第三節(jié)點(diǎn)；串聯(lián)第二電阻兩端分別連接第三節(jié)點(diǎn)與第四節(jié)點(diǎn)；所述IGBT的集電極與第四節(jié)點(diǎn)相連，發(fā)射極與第五節(jié)點(diǎn)相連；其中，所述第二節(jié)點(diǎn)為所述MOSFET的源極與所述電解電容的連接點(diǎn)，所述第三節(jié)點(diǎn)為所述電解電容與所述第二電阻的連接點(diǎn)，所述第四節(jié)點(diǎn)為所述第二電阻與所述IGBT的連接點(diǎn)，所述第五節(jié)點(diǎn)為所述直流電源的輸入負(fù)極；所述逆變裝置為相應(yīng)功率等級的電壓源逆變裝置。本發(fā)明中，所述MOSFET與IGBT的門極接受PWM脈沖控制信號，MOSFET導(dǎo)通時，IGBT關(guān)斷，逆變裝置正常運(yùn)行，帶動電機(jī)工作；M0SFET斷態(tài)時，IGBT采用一定占空比PWM進(jìn)行斬波，通過第二電阻給第二電解電容充電，第二電解電容充電的容值足夠大，同時第二電解電容向第一電阻放電，當(dāng)IGBT的占空比較小時，實(shí)現(xiàn)常規(guī)能耗制動，當(dāng)IGBT的占空比較大時，實(shí)現(xiàn)快速能耗制，當(dāng)制動能量相當(dāng)高時，與MOSFET反并聯(lián)的二極管導(dǎo)通，將多余能量轉(zhuǎn)移到第一電解電容，限制直流電壓升高，起到制動作用，同時防止儲能裝置的能量流向耗能電路，影響制動快速性。此外，在IGBT關(guān)斷時間，第二電解電容通過第一電阻放電，儲能復(fù)位，不影響下一次制動過程。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:本發(fā)明利用電阻與電容充放電的能耗制動原理，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的快速制動，其電路結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、安全性好，符合快速制動要求，且具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎、通用性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變型和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，一種實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，包括一個儲能電路，一個能耗電路和一個逆變裝置，其中，儲能電路與能耗電路并聯(lián)，能耗電路的輸入端與直流電源的輸出端相連，能耗電路的輸出端與逆變裝置的輸入端相連。逆變裝置帶動電動機(jī)工作，需要緊急停機(jī)時，由能耗電路快速消耗轉(zhuǎn)移電動機(jī)的儲能或外加位勢能。能耗電路中對電容進(jìn)行充電，吸收能量通過電阻放電，實(shí)現(xiàn)能耗制動。下面詳述其具體電路結(jié)構(gòu)。儲能電路I為大電容儲能，包括第一電解電容E1，所述第一電解電容正極與直流電源的輸入正極Pl相連，其負(fù)極與直流電源的輸入負(fù)極NI相連；能耗電路2為電阻電容能耗電路，包括一個MOSFET S1、第二電解電容E2、兩個電阻R1、R2和一個IGBT S2，其中，所述MOSFET SI的漏極與直流電源的輸入正極Pl相連，其源極與所述的第二節(jié)點(diǎn)02相連；所述的第二電解電容E2與第一電阻Rl并聯(lián)，兩端分別連接第二節(jié)點(diǎn)02與第三節(jié)點(diǎn)03 ;串聯(lián)第二電阻R2兩端分別連接第三節(jié)點(diǎn)03與第四節(jié)點(diǎn)04 ；IGBT S2的集電極與第四節(jié)點(diǎn)04相連，其發(fā)射極與第五節(jié)點(diǎn)05相連；其中，第一節(jié)點(diǎn)01為所述直流電源的輸入正極Pl，所述第二節(jié)點(diǎn)02為所述MOSFETSI的漏極與所述第一電解電容El的連接點(diǎn)，所述第三節(jié)點(diǎn)03為所述第二電解電容E2與所述第二電阻R2的連接點(diǎn)，所述第四節(jié)點(diǎn)04為所述第二電阻R2與所述IGBT S2的連接點(diǎn)，所述第五節(jié)點(diǎn)05為所述直流電源的輸入負(fù)極NI ；所述逆變裝置為相應(yīng)功率等級的電壓源逆變器。所述儲能裝置為包含大電容，也可以為蓄電池組。具體地，在本發(fā)明中，所采用的各個器件的參數(shù)如下:第一電解電容El的電容值為680 μ F，耐壓為400V。第二電解電容Ε2的電容值為68 μ F，耐壓為 400V。第一電阻的電阻值為68 Ω，功率為50W。第二電阻的電阻值為33 Ω，功率為50W。IGBT的參數(shù)為耐流25Α/100。C，耐壓為600V。MOSFET的參數(shù)為耐流20Α/100。C，耐壓為500V。在具體使用中，MOSFET和IGBT門極接收PWM脈沖控制信號，并按如下方式工作:電動機(jī)正常運(yùn)行時，MOSFET SI處于導(dǎo)通，MOSFET SI斷態(tài)時，IGBT S2采用一定占空比PWM進(jìn)行斬波，通過第二電阻給第二電解電容充電，第二電解電容Ε2充電的容值足夠大，同時第二電解電容Ε2向第一電阻Rl放電，當(dāng)IGBT S2的占空比較小時，實(shí)現(xiàn)常規(guī)能耗制動，當(dāng)IGBT S2的占空比較大時，實(shí)現(xiàn)快速能耗制，當(dāng)制動能量相當(dāng)高時，與MOSFET SI反并聯(lián)的二極管導(dǎo)通，將多余能量轉(zhuǎn)移到第一電解電容Ε1，限制直流電壓升高，起到制動作用，同時防止儲能裝置I的能量流向耗能電路2，影響制動快速性。此外，在IGBT S2關(guān)斷時間，第二電解電容Ε2通過第一電阻Rl放電，儲能復(fù)位，不影響下一次制動過程。通過上述方式，本發(fā)明有正常工作、常規(guī)制動、快速制動三種工作方式，通過調(diào)節(jié)電解電容Ε2的容值也可以調(diào)節(jié)制動的速度。本發(fā)明采用能耗制動方式使電動機(jī)快速停車，其電路結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、散熱快、損耗小，適用于工業(yè)縫紉機(jī)(500W)、數(shù)控機(jī)床(5.0kff以下)等需要快速定位的電路電子變換器應(yīng)用，且具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎、通用性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，其特征在于，包括儲能裝置，能耗電路以及逆變裝置，其中儲能裝置分別與直流電源的輸出端和能耗電路的輸入端相連，能耗電路的輸出端與逆變裝置的輸入端相連； 所述儲能電路為大電容儲能，包括第一電解電容，所述第一電解電容正極與直流電源的輸入正極相連，其負(fù)極與直流電源的輸入負(fù)極相連； 所述能耗電路為電阻電容能耗電路，包括一個MOSFET、第二電解電容、兩個電阻和一個IGBT，其中，所述MOSFET的漏極與直流電源的輸入正極相連，其源極與所述的第二節(jié)點(diǎn)相連；所述第二電解電容與第一電阻并聯(lián)，兩端分別連接第二節(jié)點(diǎn)與第三節(jié)點(diǎn)；串聯(lián)第二電阻兩端分別連接第三節(jié)點(diǎn)與第四節(jié)點(diǎn)；所述IGBT的集電極與第四節(jié)點(diǎn)相連，發(fā)射極與第五節(jié)點(diǎn)相連； 其中，所述第二節(jié)點(diǎn)為所述MOSFET的源極與所述第二電解電容的連接點(diǎn)，所述第三節(jié)點(diǎn)為所述第二電解電容與所述第二電阻的連接點(diǎn)，所述第四節(jié)點(diǎn)為所述第二電阻與所述IGBT的連接點(diǎn)，所述第五節(jié)點(diǎn)為所述直流電源的輸入負(fù)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，其特征在于，所述MOSFET與IGBT的門極接受PWM脈沖控制信號，MOSFET導(dǎo)通時，IGBT關(guān)斷，逆變裝置正常運(yùn)行，帶動電機(jī)工作；M0SFET斷態(tài)時，IGBT采用一定占空比PWM進(jìn)行斬波，通過第二電阻給第二電解電容充電，第二電解電容充電的容值足夠大，同時第二電解電容向第一電阻放電，當(dāng)IGBT的占空比小時，實(shí)現(xiàn)常規(guī)能耗制動，當(dāng)IGBT的占空比大時，實(shí)現(xiàn)快速能耗制，當(dāng)制動能量相當(dāng)高時，與MOSFET反并聯(lián)的二極管導(dǎo)通，將多余能量轉(zhuǎn)移到第一電解電容，限制直流電壓升高，起到制動作用，同時防止儲能裝置的能量流向耗能電路，影響制動快速性；此外，在IGBT關(guān)斷時間，第二電解電容通過第一電阻放電，儲能復(fù)位，不影響下一次制動過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，其特征在于，所述第一電解電容的電容值為680 μ F，耐壓為400V。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，其特征在于，所述第一電阻的電阻值為68 Ω，功率為50W ;第二電阻的電阻值為33 Ω，功率為50W。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，其特征在于，所述IGBT的參數(shù)為耐流25Α/100。C，耐壓為600V ；M0SFET的參數(shù)為耐流20A/100。C，耐壓為500V。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，其特征在于，所述第二電解電容的電容值為470 μ F，耐壓為100V。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，其特征在于，所述逆變裝置為相應(yīng)功率等級的電壓源逆變器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速能耗制動的電路，包括儲能裝置、能耗電路和逆變裝置。所述儲能裝置兩端與直流電源正負(fù)極相連的相連，能耗電路輸入端與所述儲能裝置相連，能耗電路輸出端與所述逆變裝置輸入端相連。所述能耗電路為由電阻電容構(gòu)成的能耗電路，包括一個MOSFET、第二電解電容、兩個電阻和一個IGBT。本發(fā)明采用能耗制動方式使電動機(jī)快速停車，其電路結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、散熱快、損耗小，適用于采用變頻器供電的工業(yè)縫紉機(jī)(500W)、數(shù)控機(jī)床(5.0kW)等需要快速定位的應(yīng)用場合，且具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎、通用性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02P3/22GK103199772SQ201310091149
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者王男, 陸飛, 楊喜軍 申請人:上海交通大學(xué)